色素掺杂二氧化硅光子晶体的制备研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lustt005
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本文研究了色素掺杂二氧化硅光子晶体材料,主要以二氧化硅为光子晶体主体,通过光子晶体自身的禁带光产生结构色;同时,利用色素吸收光子晶体禁带光外的杂光,实现提高光子晶体的鲜艳度和颜色的单一性。本文用改进的Stober法制备单分散的二氧化硅微球,即在水、氨水以及乙醇的混合体系中将正硅酸乙酯水解-缩合,并调节氨水的加入量实现二氧化硅微球粒径的变化。所得二氧化硅样品,进行Zeta-sizer粒径分析和扫描电镜(SEM)分析,可知得到的二氧化硅是球形微-纳米级颗粒,同时,得到的二氧化硅的粒径均一(PDI<0.1)且乳液的稳定性较高(Zeta<-30mV)。二氧化硅类材料的折射率低,使得制备的光子晶体颜色不够鲜艳。本文通过有机色素来调节二氧化硅类材料的颜色鲜艳度,其基本原理是有机色素能够吸收光子晶体反射光外的的杂光,减少了杂光对反射光的影响。首先,合成了红、黄、蓝、紫四支染料有机色素,并将这些色素与正硅酸乙酯水解-缩合得到一类新型彩色微纳结构并进行自组装。染料有机色素通过质谱(MS)、核磁(1H-NMR)、红外(FT-IR)表征,证明其结构正确。彩色微纳结构通过了扫描电镜(SEM)、紫外(UV-Vis),彩色微纳结构粒径均一。最后,将制备的彩色微纳结构进行了自组装,组装后的样品进行了扫描电镜(SEM)、可变角反射光谱和数码照片表征。样品的反射率在1%-6%之间,反射率很低;排列无序,颜色不鲜艳。之后,用提拉法制备了一系列有机色素掺入二氧化硅光子晶体,所得样品进行了扫描电镜(SEM)、可变角反射光谱和数码照片表征。结果表明,制备的光子晶体颜色单一且鲜艳度高,反射率均在15%以上,实现了局部区域的有序排列。由于有机色素拼色得到的颜色,只吸收400nm-650nm可见光,故选用无机色素炭黑(400nm-800nm全吸收)替代拼色色素。提拉法制备炭黑掺杂二氧化硅光子晶体,并对该方法制备光子晶体进行了条件考察,包括:分散剂的选择、二氧化硅乳液的浓度、提拉次数、炭黑掺入量。将所得炭黑掺杂的二氧化硅光子晶体进行了数码照片,反射光谱以及扫描电镜的表征。结果表明:以正丙醇为分散剂,二氧化硅浓度为5.0%以及炭黑掺入量为0.75%为最优条件。该条件下,粒径为215nm、330nm、370nm的二氧化硅制备光子晶体的反射率分别达到32%、23%和20%,而且均为单一反射峰,排列整齐,故能制备出颜色单一且鲜艳的光子晶体。
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